基礎編 vol.2金属とは？合金とは？

金属とは？

金属系の材料は、金属元素単体だけでなく元素を組み合わせた合金でできているものが多くあり、無限の可能性を持っています。

半導体的性質など、新しい現象の発見、金属アルミニウム、金属チタンなどの新しい物質の誕生は、世界を大きく動かしました。これらがなければ、コンピューターも、航空宇宙産業の発展もなかったでしょう。また、窒化ガリウム半導体の青色発光ダイオード開発は、大型ディスプレイやイルミネーション、信号機など身の周りの製品を一気に変えています。豊かな未来のカギは、材料開発が担っているといっても過言ではないでしょう

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なぜ無限の可能性を持っているのですか？

合金では、元素の組み合わせと比率が無限性の秘密です

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合金とは？

純金属に１種類以上の他元素を混ぜた金属材料を「合金」と呼びます

金属は、多数の元素が幅広い割合で混ざり合った固溶体(互いに溶け込んで混ざり合った状態) を作ることが出来ます。金属結合は、自由電子の海の中に原子核が浮かんだような状態ですので、別の種類の原子が隣同士になっても共存しやすいのです。
合金は、いろいろな目的で作ります。
例えば：鉄を強くする方法には次のようなものがあります。

1. 元素を混ぜる割合や混ぜる元素の種類を変える

●添加する元素

Al, Si, Mn, Ti, Ni, Cu, Cr, Co, Mo, W, V, Nb, Ta, C, B, N, P, S…

2. 作り方を変える

●錬方法、鋳造方法、加工方法、熱処理方法…
この１と２によって鉄のミクロ組織が大きく変り、それによって強さも大きく変わります。
皆さんのよく目にする合金は何で出来ているでしょうか。

金属の組織は強さなどの機械的性質に大きな影響を及ぼします。

鉄鋼材料：
鉄に炭素が溶け込んでいます。炭素の量と熱処理で機械的性質や組織は大きく変わるので、いろいろな用途に使うことができます。不純物を含まない高純度の鉄は軟らかく、しかもさびにくいという性質を示します。

黄銅(真ちゅう)：
銅と亜鉛の合金です。加工性がよいので、各種用途に使われています。金色に見える合金のほとんどは黄銅です。例えば、5 円硬貨は黄銅です。

ステンレス鋼：
「さびにくい」という意味をもつ合金です。鉄を主体として、重さで13％以上のクロムを添加したものです。他にニッケルも含む種類もあります(代表的なものは18-8ステンレス：Fe-18Cr-8Ni、オーステナイト系ステンレスという）。 ステンレスには磁石につくものとつかないものがあり、Fe-18Crのフェライト系ステンレスは磁石につきますが、18-8ステンレスはつきません。